光学微纳结构激子-声子耦合
固体光谱学 第四章 激子光谱
图4.2表示Cu2O在1.8K低温下的带边吸收光谱。
激子(Exciton)一词来自于激发(Excitation)意思是固体 中的元激发态或激发态的量子。也可以将激子简单地 理解成束缚的电子-空穴时。 电子、空穴都是一种准粒子，准粒子是波包的中 心位置。由固体物理得知，一个波包的群速度为
1 Vg [ K E ( K )]K0
（4.19）
根据埃里奥特(Elliott)等的理论，单位时间内激子跃
迁几率可以表示为
W
(M ) 0 ex
eA0 2 m
K M ex
2
K
A( K )a M CV ( K ) ( E ex EV 0 )
2
（4.20）
E n j I ( j 1 j 1 )
(E n
1I cos K a ) K
由此得到体系的本征值，也就是激子的能谱
EK
E n 2I cos K a
（4.7）
EK为激子的能带, EK—K 关系为弗仑克尔激子的色散曲线,
如图4.3所示。
应用边界条件
将式（4.10）和（4.11）代入薛；定谔方程，可以得
到激子的本征方程
2 2 e 2 （4.12） E n * 4 0 r 2m
与类氢原子的解类似，得激子的能级（以导带底为0点）
m* e 4 1 R* En 2 2 2 (n 1,2,3) （4.13） 2 2 (4 0 ) 2 n n
激子形成的条件: 电子、空穴的群速度为零或相等。
激子结合能：激子离化为电子和空穴所需要的能量。
表4-1给出某些材料的激子结合能。
凝聚态概念最终版
准晶：原子的排列存在5次和6次以上对称轴的一种特殊的固体。
准晶具有类似于晶体的长程有序但不具有平移对称性。
液晶：是一种介于液体和固体的态，液晶有和液体相似的流动性，但它的分子具有和晶体类似的取向序。
液晶相有3种：热致型、液致型、金属型；其中热致型又分3种：向列型（无位置序但有长程取向序）、层列型（具有良好的层状结构，层于层之间可以滑动）、胆固醇型。
非晶：既没有长程平移对称性又没有长程取向序的固体，但是具有短程有序。
如非晶半导体和金属、氧化物和非氧化物玻璃、非晶聚合物。
元激发：系统的低能激发通常可以视为一系列独立的激发单元，这些激发单元称为元激发或准粒子。
任何宏观系统的低能激发态都可以视为独立的元激发的集合，这些在空间中运动的准粒子占有一定的空间体积和具有确定的能量和动量。
元激发分为两种，一种是集体激发准粒子，如声子、磁振子、等离激元，属于玻色子；一种是个体激发，如准电子、准空穴，属于费米子。
费米液体：遵从Fermi-Dirac统计的量子多体系统，对于在低激发能和低温下系统的动力学和热力学可以用无相互作用费米子即准粒子来描述，每一个准粒子带有和原粒子相同的自旋、电荷和动量，每一个多粒子激发态用动量空间中的分布函数描述，和无相互作用系统中一样，因此费米液体的一些性质如热容和费米气体是类似的。
费米液体和费米气体的不同有能量、比热、压缩系数等。
Tomnaga-Luttinger液体：在一维导体中用于描述相互作用电子或费米子的量子力量模型。
通常费米液体模型在一维系统中是无效的。
Luttinger液体中存在自旋密度波，和电子密度波是相互独立传播的，这就是电荷-自旋分离。
和费米液体相比，Luttinger液体的粒子数分布在费米点没有跳跃情况。
声子：对于周期弹性晶体结构的固体系统，晶格振动模式量子化所对应的准粒子称为声子。
声子是玻色子，遵从玻色-爱因斯坦统计。
声子晶体：是一种具有声子禁带的材料，声子禁带的形成是由于材料的周期弹性性质。
2.3-小尺寸效应与表面效应解析
表面原子数占全部原子数的比例和粒径之间的关系
粒径 d(nm)
100
Cu的比表 面积 /m2·g-1
6.6
表面原子
全部原子 100%
一个粒子 中的原子
数
8.46107
比表面能 J·mol-1
5.9102
20
10
10
66
20
8.46104 5.9103
5
40
1.06104
2
80
1
660
99
5.9104
态的类氢方程式为:
1 2m
2
e2 r
n
(r)
E(r)
m* 电子和空穴的折合质量
me mh
me mh
E—激子的结合能
n —在有效质量近似下，激子态的包络函数
0 s
类同于氢原子的结果，从激子态的类氢方程可以得到激子的 结合能为：
EDn
mq4 8 s h2 n2
m m0
EH s
1 n2
（3）超导相干长度：对配成对的电子，不会在距离过远的
地方发生相互作用，这个距离的极限称为相干长度。对纯金属 一般在1um级，在合金及化合物的超导体中，为0.1-2nm。
（4）激子玻尔半径
激子的概念：当光照频率h Eg时，光将一个电子从价带激
发到导带位下，导带中此电子与价带中留下的带正电的空穴， 由于库仑静电相互作用，电子-空穴不能完全分开，而是相互 束缚在一起成为一个系统，形成一个类氢原子的束缚态，称为 激子。激子是固体中的一种元激发态，在晶体中它是瞬时局部 定域的，可以从一个地区往另一地区传播，称激发波，激子就 是激发波场的量子单位 。
表面积
迅
学
发光材料与显示课程教学大纲
《发光材料与显示》课程教学大纲课程代码：090642002课程英文名称：Luminescent Materials and Display课程总学时：24 讲课：24 实验：0 上机：0适用专业：光电信息科学与工程专业大纲编写（修订）时间：2017.10一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标《发光材料与显示》是光电信息科学与工程专业的一门专业任意选修课。
本课程的目的在于介绍发光的基本理论和基本知识，掌握发光与显示这一过程中的物理原理和规律，对目前发光材料在生产生活中的应用和发展有较深入的了解。
本门课在该专业培养计划中起到延伸与补充的作用。
教学目的：通过发光材料与显示的教学，使学生了解发光的定义及分类、掌握发光基本物理过程及现象，了解发光材料制备、表征、测量、分析的基本方法，对半导体发光、分立中心发光、特殊结构物质的发光有所了解，了解发光在照明、灯源、显示、探测领域的应用。
本课程在教学内容方面除基本知识、基本理论和基本方法的教学外，还要让学生了解本学科的发展前沿，以及在教学过程中逐步培养学生的创新思维和创新能力。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求1.基本知识：了解发光的定义及分类、掌握发光基本物理过程及现象，了解发光材料制备、表征、测量、分析的基本方法等。
2.基本理论和方法：本课程主要包括发光的定义及分类、基本物理过程及现象、半导体的发光、分立中心的发光、发光在照明和其他光源中的应用、显示技术、发光在探测中的应用、主要发光材料、发光材料的制备、发光材料的表征及测量技术、视觉与颜色、发光分析。
通过教学的各个环节使学生达到各章中所提的基本要求。
3.基本技能:掌握用理论知识解决实际问题的能力等。
（三）实施说明1．教学方法：课堂讲授中要重点对基本概念、基本方法和解题思路的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性；注意培养学生提高利用标准、规范及手册等技术资料的能力。
GaAs光电导开关激子效应的光电导特性
GaAs光电导开关激子效应的光电导特性马湘蓉;施卫【摘要】从GaAs光电导开关的激子效应和光激发电荷畴理论基础出发,研究了强电场触发下GaAs光电导开关激子效应的光电导特性；光激发电荷畴与激子效应的相互作用以及激子的形成、传输及离解过程形成自由电子和空穴,为激子激发光电导提供了必要的条件.影响激子效应的光电导特性的主要因素有:激子能级的吸收,束缚激子及光激发电荷畴引起的能带重整化效应,多声子跃迁,束缚激子沿位错线发生分裂和漂移.在上述因素的相互耦合作用下,使得GaAs光电导开关激子效应的光电导呈现出一定的振荡特性.%Starting from the effect of GaAs Photoconductive Semiconductor Switch ( PCSS) exciton and Photo-Activated Charge Domain ( PACD) theory, this paper studies photoconductive behaviors of GaAs photoconductive switch exciton effect in the case of strong electric field excitation. The interaction of PACD and exciton effect and exciton formation, transmission and free electrons and holes formed in the process of dissociation can provide the necessary conditions for exciton activated photoconduction. The major factors affecting exciton effect photoconductive behaviors are: exciton energy absorption, bound exciton and PACD induced band gap renormalization, multi-phonon transition, bound exciton split and drift along dislocation stress. In the case of coupling actions by the above factors, the photoconduction of GaAs photoconductive switch exciton effect appears to have a certain oscillation behaviors.【期刊名称】《西安理工大学学报》【年(卷),期】2011(027)002【总页数】5页(P151-155)【关键词】GaAs光电导开关;光激发电荷畴;激子效应;光电导特性【作者】马湘蓉;施卫【作者单位】西安理工大学理学院,陕西西安710054;西安理工大学理学院,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】H7220GaAs光电导开关(GaAs Photoconductive Semiconductor Switch，GaAs PCSS)是利用半导体(如GaAs，SiC，InP，金刚石等)与高速脉冲激光器相结合组成的一类新型功率器件。
第二章 微纳光学理论基础
第二章微纳光电子理论基础参考：微光学与系统，杨国光编著，浙大出版社2.1 微纳结构光学理论概述理论涉及领域-微纳光学主要设计尺寸在微米或纳米量级的器件以及尺寸在亚微米量级或纳米量级的表面微纳结构。
-当器件或微结构的尺寸接近入射波长或小于入射波长时，光进入共振区（衍射区）。
常规光学的标量理论已无法设计这类微光学器件，必须采用光共振区的矢量理论进行设计。
-涉及三个理论领域：►标量理论领域——适用于设计结构周期尺寸d>=10λ的微光学器件；►矢量理论领域——适用于设计结构周期尺寸d～λ的微光学器件；►等效折射领域——适用于计算结构周期尺寸d<=λ/10的微光学器件；三个理论领域的光物性变化设计模型●标量模型：二维模型，是复振幅的强度模型。
当微结构尺寸d>>λ时有效，当d～λ时计算精度不够，且不能计算偏振状态。
●矢量模型：三维模型，是严格模型。
计算光栅微结构已较成熟，但计算任意曲面算法上还有困难。
●光线追踪模型：从光的偏折来描述微光学，且只做±1级计算，是实用模型。
●等效折射模型：适用于d<=λ/10，作微结构计算。
微光学分类●从原理上分： 衍射型和折射型●从功能上分：- 非成像微光学阵列——以聚能为主要目的，起提高光能利用率的作用。
- 成像微光学——以多重成像为目的，实现光学系统微型化。
- 光束变换器——利用衍射原理实现传统光学取法实现的功能如光束整形、光束变换、光互连等。
●从设计与加工原理上分：- 折射型微透镜： 可获得大的数值孔径和短焦距 - 二元型微透镜： 平面型- 混合型微透镜 ： 具有消色差高像质功能 2.2 标量衍射理论基础●标量衍射模型)()()(0P A P U P U i ∙=问题： 已知使用要求U0(P),如何确定微结构的P点的复振幅A(P)? 设微结构的轮廓高度为h(P), 基底S 的折射率为n(λ),则此微结构引入的光程差OPD 为：[])(1)()(P h n P OPD -=λλ故有： )(2)()(P O PD j P j e e P A λλπϕλ==光程差或相位分布一般可用多项式来拟合： ∑∑==-=n i ij jji j i n y x A y x 10,),(ϕ标量衍射系统空间模型●典型衍射系统：- I 为光波入射空间：平面或球面简谐波均匀波；- 衍射光学元件II 为光透射空间:入射光波振幅或相位受到微结构调制，波前改变；- III 为衍射空间： 透射光波传播形成光强起伏的衍射图样，非均匀波。
发光学与发光材料复习总结终极版-参考资料
第一章发光学与发光材料1、发光:当某种物质受到激发（射线、高能粒子、电子束、外电场等）后，物质将处于激发态，激发态的能量会通过光或热的形式释放出来。
如果这部分的能量是位于可见、紫外或是近红外的电磁辐射，此过程称之为发光过程。
2、单重态：一个分子中所有电子自旋都配对的电子状态三重态：有两个电子的自旋不配对而平行的状态3.振动弛豫：由于分子间的碰撞，激发态分子由同一电子能级中的较高振动能级转至较低振动能级的过程，其效率较高。
4.内转换：相同多重态的两个电子能级间，电子由高能级回到低能级的分子内过程。
5.系间窜越：激发态分子的电子自旋发生倒转而使分子的多重态发生变化的过程。
6.外转换：激发态分子与溶剂或其他溶质相互作用和能量转换而使荧光（或磷光）减弱甚至消失的过程。
7.荧光：受光激发的分子经振动驰豫、内转换、振动驰豫到达第一电子激发单重态的最低振动能级，以辐射的形式回到基态，发出荧光。
8.磷光：若第一激发单重态的分子通过系间窜跃到达第一激发三重态，再通过振动驰豫转至该激发的最低振动能级，然后以辐射的形式回到基态，发出的光线称为磷光。
9.光致发光：用光激发产生的发光叫做光致发光。
10.电致发光：用电场或电流激发产生的发光。
11.阴极射线发光：发光物质在电子束的激发下产生的发光。
荧光灯：是一种充有氩气的低气压汞蒸气的气体放电灯，在低压汞蒸气放电过程中会产生大量的波长为253.7mm的紫外线，以及少量波长为185nm的紫外线和可见光。
在灯管表面涂有荧光粉，可以将波长为253.7nm的紫外线转化为可见光。
11.激光器的基本结构包括三部分,即工作物质、激励能源和光学谐振腔。
12.等离子体：是指正负电荷共存，处于电中性的放电气体的状态。
14.晶体：有许多质点包括原子、离子、分子或原子群，在三维空间作有规则排列而成的固体物质。
单晶：整个晶格是连续的。
多晶：有大量小单晶颗粒组成的集体。
非晶：组成物质的原子或离子的排列不具有周期性。
微纳光波导倏逝场耦合结构及其特性研究
微纳光波导倏逝场耦合结构及其特性研究一、本文概述随着纳米科技的飞速发展，微纳光波导作为一种重要的光学元件，在集成光学、光子晶体、生物传感等领域展现出了广阔的应用前景。
微纳光波导的倏逝场耦合结构是其中的一项关键技术，其研究对于提高光波导的性能、拓展其应用范围具有重要意义。
本文旨在深入探讨微纳光波导倏逝场耦合结构的基本原理、设计方法及其特性，以期为相关领域的研究和实践提供理论支持和技术指导。
本文将首先介绍微纳光波导的基本概念和原理，包括其结构特点、光传输机制等。
在此基础上，重点分析倏逝场耦合结构的工作原理，探讨其在微纳光波导中的实现方式。
随后，本文将详细阐述微纳光波导倏逝场耦合结构的设计方法，包括材料选择、结构优化等，并分析其在实际应用中的性能表现。
本文将总结微纳光波导倏逝场耦合结构的研究现状和发展趋势，展望其未来的应用前景。
通过本文的研究，期望能够为微纳光波导倏逝场耦合结构的设计和优化提供理论支撑，推动相关技术的进一步发展，为实现高效、稳定的光子集成和光通信奠定坚实基础。
二、微纳光波导的基本理论微纳光波导，作为光学领域的重要分支，其在光通信、光传感、光信号处理等方面具有广泛的应用前景。
其核心理论基于波动光学和电磁场理论，通过精确控制光波在纳米尺度上的传播行为，实现光信号的高效传输和处理。
光波导的基本原理是，当光波在介质中传播时，受到介质折射率变化的引导，使得光波能够沿着特定的路径传播。
微纳光波导的尺寸通常在微米或纳米量级，这使得其能够在非常小的空间内实现对光波的有效控制。
微纳光波导的主要特性包括其模式特性、色散特性以及耦合特性。
模式特性描述了光波在波导中的传播方式，如横电波（TE模）和横磁波（TM模）等。
色散特性则涉及到光波在波导中传播速度与波长的关系，这对于光通信系统的性能至关重要。
耦合特性则描述了光波在不同波导之间或波导与外部环境之间的能量交换过程，是实现光信号处理和传感的关键。
为了深入理解微纳光波导的传输特性，需要引入一些关键参数，如有效折射率、模场直径和传输损耗等。
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光学微纳结构激子-声子耦合
引言：
光学微纳结构激子-声子耦合是研究光学材料中激子与声子相互作用的重要课题。
激子是由电子与空穴形成的电子-空穴对，而声子则是晶格振动模式。
光学微纳结构中的激子-声子耦合现象不仅在理论研究中有重要意义，也在光学器件和能源转换等应用中具有潜在应用价值。
本文将对光学微纳结构中的激子-声子耦合进行探讨。
一、激子和声子的基本概念
激子是一种由电子和空穴通过库伦相互作用形成的束缚态。
在光学材料中，激子的存在对于光学性质起着重要作用。
而声子则是晶格的振动模式，它描述了晶格的能量和动量传递。
激子和声子都是凝聚态物理中的重要概念。
二、光学微纳结构中的激子-声子耦合
光学微纳结构中的激子-声子耦合是指激子和声子之间的相互作用。
这种相互作用可以通过光谱技术来研究。
激子-声子耦合可以改变光学材料的光学性质，产生新的光学现象。
在一些特殊情况下，激子和声子之间的耦合可以达到强耦合的程度，形成新的准粒子，如极化子和极化声子。
三、光学微纳结构中的激子-声子耦合的研究方法
研究光学微纳结构中的激子-声子耦合可以使用各种实验技术和理论
模型。
实验技术包括透射光谱、拉曼光谱和激光光谱等。
理论模型可以使用密度泛函理论、紧束缚模型和微扰理论等。
通过实验和理论相结合的研究方法，可以更加全面地了解光学微纳结构中的激子-声子耦合机制。
四、光学微纳结构中激子-声子耦合的应用
光学微纳结构中的激子-声子耦合不仅在理论研究中有重要意义，也在实际应用中具有潜在价值。
例如，激子-声子耦合可以用于改善太阳能电池的效率，提高光电转换效率。
此外，激子-声子耦合还可以用于制备新型的光学器件，如光学开关和光学放大器等。
结论：
光学微纳结构中的激子-声子耦合是一个重要的研究课题，它不仅在理论上具有意义，还具有潜在的应用价值。
通过实验和理论相结合的研究方法，可以更好地理解光学微纳结构中的激子-声子耦合机制，并将其应用于光学器件和能源转换等领域。
光学微纳结构激子-声子耦合的研究将为光学材料和器件的发展提供新的思路和方法。